KR20110076187A - 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 이용한 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
다수의 광민감성 투명 산화물 반도체를 적층한 이미지 센서를 개시한다. 개시된 이미지 센서는 하나의 단위 화소 영역 내에서 다수의 광센서를 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
Description
광민감성 투명 산화물 반도체 재료(light-sensitive transparent oxide semiconductor material)를 이용한 이미지 센서를 개시한다. 더욱 상세하게는, 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터를 광센서층으로서 사용한 이미지 센서를 개시한다.
CMOS(상보성금속산화물반도체, Complimentary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 CMOS를 이용한 고체 촬상 소자로서, CCD 이미지 센서와 마찬가지로 포토다이오드를 사용하지만 제조 과정과 신호를 읽는 방법이 서로 다르다. 일반적으로, CMOS 이미지 센서는 각 단위 화소마다 포토 다이오드와 트랜지스터를 가지고 있다. 따라서 간단한 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현할 수 있다. 이러한 CMOS 이미지 센서는 범용 반도체 제조 장치를 이용하여 대량생산이 가능므로, CCD 이미지 센서에 비하여 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있다. 또한, CMOS 이미지 센서는 여러 신호 처리소자와 함께 하나의 칩(chip)으로 제조할 수 있다는 장점을 갖고 있 다. 한편, 초기의 CMOS 이미지 센서는 각각의 화소마다 증폭기가 할당되기 때문에 증폭기의 특성차에 의한 노이즈를 가지는 단점이 있었지만, 여러 가지 개량 수단에 의하여 신호 대 잡음비가 현격히 향상되었다.
최근에는 CMOS 이미지 센서를 제조하는데 있어서 미세공정 적용을 화두로 한 기술경쟁이 증가하고 있다. 동일한 화소 수를 갖는 경우에도 미세 반도체 공정을 적용하여 칩의 크기를 줄이면, 한장의 웨이퍼에 더 많은 수의 이미지 센서를 생산할 수 있다. 그 결과, 이미지 센서의 단가 하락 및 생산성 증가 효과가 있으며, 카메라 모듈의 크기를 작게 할 수 있으므로 카메라 폰 등의 소형화ㆍ박형화에 유리하게 된다. 현재까지 약 1.4㎛ 크기의 단위 화소를 형성하는 기술이 확립되고 있으며, 1/2.5 인치형으로 약 1225만 화소가 달성 가능하다.
광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 광센서층으로서 사용하여 단위 화소의 크기를 더욱 소형화할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
일 측면에 따른 이미지 센서는, 광센서층으로서 광민감성 투명 산화물 반도체층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는 적어도 2개의 광센서층이 적층 방향을 따라서 서로 다른 층에 적층되어 있는 구조를 가질 수 있다.
상기 이미지 센서는, 예를 들어, 이미지 센서의 광입사측으로부터 순서대로 제 1 광센서층, 제 1 필터층, 제 2 광센서층, 제 2 필터층 및 제 3 광센서층이 배치된 층 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 제 1 광센서층과 제 2 광센서층 사이 및 상기 제 2 광센서층과 제 3 광센서층 사이에 각각 투명 절연층이 더 개재될 수 있다.
상기 제 1 광센서층 내지 제 3 광센서층은 광센서로서, 예컨대 산화물 반도체 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 위에 배치된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 위에 배치된 광민감성 투명 산화물 반도체층; 및 상기 산화물 반도체층 위에 각각 배치된 드레인 전극과 소스 전극을 포함할 수 있다.
상기 산화물 반도체층은, 예를 들어, InZnO 또는 GaInZnO(Gallium Indium Zinc Oxide)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극은, 예컨대 ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있다.
상기 드레인 전극과 소스 전극은 일직선 막대의 형태를 가지며, 상기 산화물 반도체층의 양쪽 가장자리에서 서로 나란하게 대향할 수 있다.
다른 예로서, 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 둘레를 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있으며, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 드레인 전극의 안쪽으로 형성될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 세 변을 따라 형성되어 있으며, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 상기 드레인 전극의 안쪽으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 산화물 반도체 트랜지스터는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 것으로, 광민감성 산화물 반도체층; 상기 산화물 반도체층 위에 부분적으로 배치된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 위에 배치된 게이트 전극; 및 상기 산화물 반도체층 위에 각각 배치된 드레인 전극과 소스 전극을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 둘레를 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극은 상기 드레인 전극의 안쪽을 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있고, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 게이트 전극의 안쪽으로 형성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 세 변을 따라 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극은 상기 드레인 전극의 안쪽을 따라 형성되어 있고, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 상기 게이트 전극의 안쪽으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, 상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극들과 연결되는 게이트 신호 라인, 상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터들의 드레인 전극들과 연결되는 전원 라인, 및 상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터들의 각각의 대응하는 소스 전극과 각각 연결되는 3개의 출력 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는, 상기 제 1 광센서층 위에 배치된 렌즈 소자를 더 포함 할 수 있다.
예컨대, 상기 렌즈 소자는 색수차를 이용하여 청색광을 상기 제 1 광센서층에 포커싱하고, 녹색광을 제 2 광센서층에 포커싱하며, 적색광을 제 3 광센서층에 포커싱하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 필터층은 청색 파장의 광만을 차단하고 나머지 파장의 광을 투과시키며, 제 2 필터층은 녹색 파장의 광만을 차단하고 나머지 파장의 광을 투과시키거나 또는 제 2 필터층은 적색 파장의 광만을 투과시키고 나머지 파장의 광을 차단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 필터층은 파장에 따라 흡광 계수가 변하는 흡광 물질로 이루어진 흡광 재료층을 사용할 수 있다.
상기 흡광 물질은, 예를 들어, 비정질 실리콘, 결정질 실리콘, Ge, GaAs, 및 GaxInyS2P 중에서 어느 하나의 재료일 수 있다.
여기서, 상기 제 1 필터층의 흡광 재료층이 상기 제 2 필터층의 흡광 재료층보다 얇을 수 있다.
또한, 상기 제 1 필터층은 청색 파장의 광만 차단하고 녹색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 청색 보색 필터이며, 상기 제 2 필터층은 녹색 파장의 광만 차단하고 청색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 녹색 보색 필터이거나 또는 상기 제 2 필터층은 적색 파장의 광만을 투과시키는 적색 필터일 수 있다.
예컨대, 상기 제 1 필터층으로서 TiOX, SiOX, Fe2O3, 코발트 도핑된 ZnOx(Co- doped ZnOx), 코발트 도핑된 Al2O3(Co-depoed Al2O3) 중에서 어느 하나의 재료를 사용하며, 상기 제 2 필터층으로서 TiOX, SiOX, Fe2O3, 코발트 도핑된 ZnOx(Co-doped ZnOx), 코발트 도핑된 Al2O3(Co-depoed Al2O3) 중에서 어느 하나의 재료를 사용할 수 있다.
한편, 상기 이미지 센서는 2차원 배열된 다수의 이미지 센서 셀들을 가질 수 있다. 여기서, 각각의 이미지 센서 셀은, 기판; 상기 기판 위에 배치된 것으로, 광민감성 투명 산화물 반도체 재료로 된 광센서를 갖는 광센서층; 및 상기 광센서층 위에 배치된 필터층을 구비할 수 있다.
예를 들어, 하나의 단위 화소 내에 다수의 이미지 센서 셀들이 배치될 수 있으며, 상기 다수의 이미지 센서 셀들은 필터층으로서 각각 상이한 컬러 필터를 가질 수 있다.
개시된 이미지 센서에 따르면, 광센서층으로서 포토 다이오드 대신에 광에 민감한 투명 산화물 반도체 재료를 사용함으로써 광 민감도가 향상될 수 있다. 또한, 개시된 이미지 센서는 하나의 단위 화소 영역 내에서 다수의 광센서층을 적층시킨 구조를 갖기 때문에, 각 단위 화소의 크기를 더욱 축소시키는 것이 가능하다. 또한, 각 단위 화소 내에서 광센서의 수광 면적 비율을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 이미지 센서의 크기를 더욱 소형으로 제작하는 것이 가능하며, 이미지 센서의 해상도를 증가시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 이용한 이미지 센서에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 광에 민감한 투명 산화물 반도체 재료를 광센서로서 이용한 이미지 센서의 일 예의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 이미지 센서(100)는 하나의 화소 셀 내에서 기판(101) 위에 예를 들어 다수의 광센서층(110,120,130)들이 적층 방향을 따라서 서로 다른 층에 적층되어 있는 구조를 가질 수 있다. 도 1에는 3개의 광센서층(110,120,130)들이 예시적으로 도시되어 있지만, 컬러 구현 방식에 따라 2 개 또는 4 개 이상의 광센서층들이 적층될 수도 있다.
더욱 구체적으로, 도 1에 도시된 이미지 센서(100)는 상기 이미지 센서(100)의 광입사측으로부터 차례대로 투명 절연층(115), 제 1 광센서층(110), 투명 절연층(115), 제 1 필터층(140), 투명 절연층(115), 제 2 광센서층(120), 투명 절연층(115), 제 2 필터층(150), 투명 절연층(115) 및 제 3 광센서층(130)이 배치된 층 구조를 갖는다. 즉, 기판(101) 위에 제 3 광센서층(130), 투명 절연층(115), 제 2 필터층(150), 투명 절연층(115), 제 2 광센서층(120), 투명 절연층(115), 제 1 필터층(140), 투명 절연층(115), 제 1 광센서층(110) 및 투명 절연층(115)이 차례로 적층되어 있다. 그리고, 최상부의 투명 절연층(115) 위에는 접착층(165)을 통해 미 세한 렌즈 소자(160)를 더 배치할 수도 있다. 즉, 상기 이미지 센서(100)의 구조는, 3개의 광센서층(110,120,130)들 사이에 투명 절연층(115)이 개재되고 그 투명 절연층(115) 내에 필터층(140,150)이 각각 배치되어 있는 구조이다. 여기서, 투명 절연층(115)은, 예컨대, SiO2와 같은 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다.
위와 같이 도 1에 개시된 구조에서, 이미지 센서(100)로 입사하는 입사광은 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 각각 색깔별로 검출될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광센서층(110)은 적색, 녹색 및 청색의 광을 모두 감지할 수 있다. 그리고, 광의 일부는 제 2 광센서층(120)으로 진행하는데, 이때 제 1 필터층(140)은 예를 들어 청색 계통의 파장을 갖는 광만을 차단하고 나머지 파장의 광은 투과시킬 수 있다. 따라서, 제 2 광센서층(120)은 주로 적색 및 녹색의 광을 감지할 수 있다. 또한, 광의 나머지 일부는 제 3 광센서층(130)으로 진행하는데, 이때 제 2 필터층(150)은 녹색 계통의 파장을 갖는 광만을 차단하고 나머지 파장의 광은 투과시킬 수 있다. 그 대신에, 제 2 필터층(150)은 단지 적색 파장의 광만을 투과시키고 나머지 파장의 광을 차단할 수도 있다. 따라서, 제 3 광센서층(130)은 주로 적색의 광을 감지할 수 있다. 그러면, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 각각 감지된 광의 세기 및 상기 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)까지 광이 진행하는 동안의 광손실율을 고려하여 적색, 녹색 및 청색 광의 각각의 세기를 정확하게 계산하는 것이 가능하다.
또한, 렌즈 소자(160)의 색수차를 이용하여 색의 분리를 더욱 향상시킬 수도 있다. 일반적으로, 파장이 짧은 광일수록 굴절이 크게 된다. 파장에 따라 굴절되는 정도(굴절력)는 렌즈 소자(160) 재료의 굴절률 및 렌즈면의 곡률에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 렌즈 소자(160)의 재료 및 렌즈면의 곡률을 적절하게 선택하면, 청색광은 제 1 광센서층(110)에 포커싱되고, 녹색광은 제 2 광센서층(120)에 포커싱되며, 적색광은 제 3 광센서층(130)에 포커싱되도록 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 특정 색이 각각 감지되도록 할 수 있다.
이러한 이미지 센서(100)는 다수의 광센서층(110,120,130)들이 적층된 형태를 갖기 때문에, 한 화소의 크기를 지금까지의 한계를 넘어 더 감소시키는 것이 가능하다. 일반적인 CMOS 이미지 센서의 경우에는 하나의 층에 다수의 광센서들이 마련되어 있으며, 통상 정방형으로 배치된 4개의 포토다이오드들이 하나의 화소를 구성한다. 예컨대, 하나의 화소 내에서, 한 대각선 방향으로 두 개의 포토다이오드 셀들이 녹색 셀을 형성하며, 다른 대각선 방향으로 두 개의 포토다이오드 셀들이 각각 적색 셀 및 청색 셀을 형성한다. 따라서, 포토다이오드들의 크기 및 그의 구동 회로의 크기를 줄이더라도, 지금까지의 집적 기술의 한계로 인해 화소의 크기를 줄이는데는 한계가 있다. 그러나, 도 1에 개시된 이미지 센서(100)의 경우, 다수의 적층된 광센서층(110,120,130)들을 갖는 하나의 셀이 하나의 화소를 구성하기 때문에, 일반적인 CMOS 이미지 센서에 비해 화소의 크기를 쉽게 줄일 수 있다.
이렇게 다수의 광센서층(110,120,130)들을 적층하는 방식을 구현하기 위하여, 광센서층(110,120,130) 내의 광센서들은 광을 투과시키는 성질을 가질 수 있 다. 그러한 성질을 갖는 광센서를 위한 재료의 예로서 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 들 수가 있다. 예를 들어, 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터는 빛에 민감한 투명한 산화물 반도체를 채널 재료로서 사용하는 트랜지스터로서, 입사광의 파장이나 광량에 따라 문턱 전압 등이 변하는 특성이 있다. 도 2는 이러한 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터(10)는 투명 기판(11), 상기 투명 기판(11) 위에 부분적으로 형성된 게이트 전극(12), 상기 투명 기판(11)과 게이트 전극(12)을 덮도록 형성된 게이트 절연막(13), 상기 게이트 절연막(13)을 덮는 산화물 반도체층(14) 및 상기 산화물 반도체층(14)의 양측에 각각 형성된 드레인 전극(15)과 소스 전극(16)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 게이트 전극(12), 드레인 전극(15) 및 소스 전극(16)은 예컨대 ITO나 IZO와 같은 투명 전도체로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 절연막(13)은 SiO2와 같은 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 그리고, 채널 영역의 역할을 하는 산화물 반도체층(14)은 광민감성 투명 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 그러한 재료로서 InZnO나 GaInZnO(Gallium Indium Zinc Oxide) 등을 사용할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터(10)의 동작 특성을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 입사광의 광량이 증가할수록 문턱 전압이 낮아지고, 동일한 게이트 전압 Vpd에 대해 출력 전류가 ΔI만큼 증가한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 특성의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터(10)를 이용함으로써, 도 1에 도시된 광센서층(110,120,130)들 내에 투명한 광센서를 구현하는 것이 가능하다.
도 4는 위와 같은 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터(10)를 도 1의 광센서층(110,120,130)으로서 사용하는 이미지 센서(100)의 기본적인 개념을 개략적으로 도시하고 있으며, 도 5는 그의 간단한 회로 구성을 개략적으로 보이고 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터에 구동 전압 Vdd를 인가하기 위한 전원 라인과, 출력을 선택하기 위한 게이트 신호(Vpd) 라인이 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 공통적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 전원 라인은 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 드레인 전극에 연결될 수 있다. 또한 게이트 신호 라인은 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 게이트 전극에 연결될 수 있다. 그리고, 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터로부터 광세기에 관한 출력을 얻기 위하여 세 개의 출력(OUT) 라인이 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 연결되어 있다. 예를 들어, 각각의 출력 라인은 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 소스 전극에 연결될 수 있다.
이러한 구조에서, 미도시된 구동 회로의 제어에 의해 게이트 신호 라인에 전압이 인가되면, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)의 각각의 출력 라인을 통해 전류가 흐르게 된다. 이때 각 출력 라인을 통해 흐르는 전류의 양은 입사광의 세기에 따라 변화한다. 여기서 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 광센서층(110)으로부터의 출력은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광이 모두 포함된 광의 광세기를 나타낼 수 있다. 또한, 제 2 광센서층(120)으로부터의 출력은 적색 및 녹색 광이 주로 포함된 광의 광세기를 나타낼 수 있다. 마지막으로, 제 3 광센서층(130)으로부터의 출력은 적색 광이 주로 포함된 광의 광세기를 나타낼 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)으로부터의 출력을 이용하여, 입사광에 실제로 포함된 적색, 녹색 및 청색 광의 각각의 세기를 정확하게 계산하는 것이 가능하다. 이에 대해서는 뒤에서 더 상세하게 설명한다.
도 6은 다수의 광센서층(110,120,130)들이 적층된 구조의 이미지 센서(100)의 셀(100S)들의 배열을 개략적으로 도시하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 개시된 이미지 센서(100)의 경우에는 다수의 적층된 광센서층(110,120,130)들을 갖는 하나의 이미지 센서 셀(100S)이 하나의 화소를 구성할 수 있다. 도 6을 참조하면, 하나의 화소를 구성하는 이미지 센서 셀(100S)들이 다수 배열되어 있다. 도 6에는 편의상 단지 2개의 이미지 센서 셀(100S)들의 배열이 도시되어 있지만, 실제로는 매우 많은 수의 이미지 센서 셀(100S)들이 2차원 배열되어 있을 수 있다. 여기서, 하나의 이미지 센서 셀(100S)은 도 1에 도시된 구조의 단면을 갖는다.
도 6에 도시된 바와 같이, 한 화소를 구성하는 각 이미지 센서 셀(100S)들의 주위에는 게이트 신호 라인(102), 전원 라인(103) 및 출력 라인(104)이 각각 배치되어 있다. 그리고, 이미지 센서 셀(100S)의 가장자리에는 광센서층(110,120,130) 내의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터들과 상기 라인(102,103,104)들 사이의 전기적 연결을 위한 다수의 컨택(111,112,113,121,122,123,131,132,133)들이 배 치되어 있다.
예컨대, 게이트 신호 라인(102)은 제 1 내지 제 3 게이트 컨택(111,121,131)들과 연결된다. 도면 상으로는 상기 제 1 내지 제 3 게이트 컨택(111,121,131)들이 모두 동일한 층에 형성되어 있는 것으로 보이지만, 실제로는 대응하는 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 형성될 수 있다. 그리고 층들 사이를 관통하는 예컨대 비어홀(도시되지 않음)을 통해 제 1 내지 제 3 게이트 컨택(111,121,131)들과 게이트 신호 라인(102)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 마찬가지로, 전원 라인(103)은 제 1 내지 제 3 전원 컨택(112,122,132)들과 전기적으로 연결된다. 여기서 상기 제 1 내지 제 3 전원 컨택(112,122,132)들은 대응하는 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 형성될 수 있으며, 층들 사이를 관통하는 비어홀(도시되지 않음)을 통해 전원 라인(103)과 전기적으로 연결될 수 있다.
출력 라인(104)의 경우, 도 6에는 하나 이미지 센서 셀(100S)에 대해 하나의 출력 라인(104)만이 도시되어 있으나, 실제로는 광센서층(110,120,130)들에 대응하는 개수의 출력 라인(104)이 존재한다. 즉, 세 개의 출력 라인(104)들이 대응하는 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 출력 라인(104)과 전기적으로 연결되는 제 1 내지 제 3 출력 컨택(113,123,133)들도 역시 대응하는 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 3 출력 컨택(113,123,133)들은 대응하는 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에 각각 형성된 대응하는 출력 라인(104)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 필터층(140,150)은 각각의 광센서층(110,120,130)에서 주로 감지하는 광의 파장을 다르게 하기 위하여, 앞서 설명한 바와 같이, 특정 파장의 광을 차단하는 역할을 한다. 예를 들어, 제 1 필터층(140)은 청색 계통의 파장을 갖는 광만을 차단하고 나머지 파장의 광은 투과시킬 수 있다. 또한 제 2 필터층(150)은 녹색 계통의 파장을 갖는 광만을 차단하고 나머지 파장의 광은 투과시킬 수 있다. 그 대신에, 제 2 필터층(150)은 단지 적색 파장의 광만을 투과시키고 나머지 파장의 광을 차단할 수도 있다. 이러한 제 1 및 제 2 필터층(140,150)은 두 가지의 방식으로 구현될 수 있는데, 그 하나의 예는 흡광 조절층을 사용하는 것이고, 다른 예는 보색 필터를 사용하는 것이다.
도 7은 제 1 광센서층(110)과 제 2 광센서층(120) 사이에, 그리고 제 2 광센서층(120)과 제 3 광센서층(130) 사이에 각각 제 1 흡광 조절층(140a)과 제 2 흡광 조절층(150a)을 제 1 및 제 2 필터층(140,150)으로서 배치한 예를 보이고 있다. 흡광 조절층은 파장에 따라 흡광 계수의 차이가 크게 변하는 흡광 물질을 사용한다. 예를 들어, 비정질 실리콘(a-Si)은 청색 파장에 대한 흡광 계수가 적색 파장에 대한 흡광 계수보다 약 1000배 정도 더 크다. 따라서 비정질 실리콘을 적절한 두께로 선택하면, 특정 파장의 광만을 선택적으로 차단하는 것이 가능하다. 비정질 실리콘 이외에도, 예를 들어, 결정질 실리콘, Ge, GaAs, GaxInyS2P 등과 같은 흡광 물질을 흡광 조절층(140a,150a)으로서 사용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 흡광 조절층(140a)의 두께와 제 2 흡광 조절층(150a) 의 두께가 다르다는 것을 알 수 있다. 제 1 흡광 조절층(140a)의 경우에는, 청색 파장의 광만을 차단하기 위하여 비교적 얇게 형성되어 있다. 반면, 제 2 흡광 조절층(150a)은 더욱 두껍게 형성되어 있어서, 청색과 녹색 파장의 광이 차단되고 적색 파장의 광만이 제 2 흡광 조절층(150a)을 투과할 수 있다. 예를 들어, 비정질 실리콘을 사용하여 제 1 및 제 2 흡광 조절층(140a,150a)을 형성할 경우, 최상부 표면으로부터 제 1 광센서층(110)까지의 두께(d1)는 약 0.2㎛이고, 최상부 표면으로부터 제 2 광센서층(120)까지의 두께(d2)는 약 0.6㎛이며, 최상부 표면으로부터 제 3 광센서층(130)까지의 두께(d3)는 약 2㎛일 수 있다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)의 두께는 서로 같을 수 있고, 또한 다수의 투명 절연층(115)들의 두께도 또한 서로 같을 수 있다. 이 경우 제 1 흡광 조절층(140a)과 제 2 흡광 조절층(150a)의 두께만을 조절하여, 각각의 광센서층(110,120,130)에 주로 입사하는 광의 파장을 선택할 수 있다.
도 8은 제 1 광센서층(110)과 제 2 광센서층(120) 사이에, 그리고 제 2 광센서층(120)과 제 3 광센서층(130) 사이에 각각 제 1 보색 필터층(140b)과 제 2 보색 필터층(150b)을 제 1 및 제 2 필터층(140,150)으로서 배치한 예를 보이고 있다. 일반적으로 보색 필터는 특정한 파장 대역의 광만을 차단하고, 나머지 파장 대역의 광은 투과시키는 필터이다. 예를 들어, 청색 보색 필터는 청색 계열의 광만을 차단하고, 나머지 파장 대역의 광은 투과시킨다. 보색 필터의 파장별 투과/차단 특성은 두께와는 크게 상관이 없기 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 광센서층(110) 과 제 2 광센서층(120)의 사이의 두께와 제 2 광센서층(120)과 제 3 광센서층(130) 사이의 두께가 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 두께(d4)는 약 0.2㎛일 수 있다.
여기서, 제 1 보색 필터층(140b)으로는 청색 파장의 광만 차단하고 녹색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 청색 보색 필터를 사용할 수 있다. 또한, 제 2 보색 필터층(150b)으로는 녹색 파장의 광만 차단하고 청색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 녹색 보색 필터를 사용할 수 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 필터층(150)으로서 단지 적색 파장의 광만을 투과시키는 일반적인 적색 필터를 사용하는 것도 가능하다.
한편, 이러한 필터로는 종전부터 통상적으로 사용되고 있는 유기(organic) 필터와 무기(inorganic) 필터 등을 사용할 수 있다. 무기 필터로는, 예컨대, TiOX, SiOX, Fe2O3, 코발트 도핑된 ZnOx(Co-doped ZnOx), 코발트 도핑된 Al2O3(Co-doped Al2O3) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화철(Fe2O3)에 대한 광 투과율 특성 그래프가 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 그래프를 참조하면, 산화철은 청색을 차단하는 청색 보색 필터로서, 즉 제 1 보색 필터층(140b)으로서 사용할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 코발트 도핑된 산화알루미늄(Co-doped Al2O3)에 대한 광 투과율 특성 그래프가 도 10에 도시되어 있다. 도 10의 그래프를 참조하면, 코발트 도핑된 산화알루미늄은 적색을 주로 통과시키는 필터로서, 즉 제 2 필터층(150)으로서 사용할 수 있음을 알 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 상술한 구조의 이미지 센서(100)에 광이 입사할 때 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)의 각각에서의 파장에 따른 광전자 발생률을 예시적으로 도시하고 있다. 도 11a 내지 도 11c의 그래프에서 세로축은 광전자 발생률(/s㎤)을 10의 지수로 표시한 것이다. 예를 들어, 세로축의 20은 1020/s㎤을 의미한다. 또한, 도 11a 내지 도 11c의 그래프에서 가로축은 상기 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)의 위치를 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 청색 파장의 광에 대한 광전자 발생률은 각각 B1, B2 및 B3가 된다. 또한, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 녹색 파장의 광에 대한 광전자 발생률은 각각 G1, G2 및 G3가 된다. 그리고, 도 11c에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 적색 파장의 광에 대한 광전자 발생률은 각각 R1, R2 및 R3가 된다. 이러한 광전자 발생률 B1, B2, B3, G1, G2, G3, R1, R2 및 R3의 구체적인 값은, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)에서 사용된 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 특성 및 제 1 및 제 2 필터층(140,150)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이미지 센서(100)를 제조한 후, 실험을 통해 특정 이미지 센서(100)에 대한 상기 광전자 발생률 B1, B2, B3, G1, G2, G3, R1, R2 및 R3의 구체적인 값을 미리 구할 수 있다.
이렇게 광전자 발생률 값을 실험을 통해 미리 알고 있다면, 이를 기초로 이 미지 센서(100)에 입사한 광의 파장별 광세기를 구하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 광센서층(110,120,130)으로부터의 출력 전류가 각각 I1, I2, I3이고, 이미지 센서(100)로의 입사광에서 알고자 하는 청색, 녹색 및 적색의 광세기를 CB, CG, CR이라고 하면, 다음과 같은 관계식들이 성립한다.
그러면, 위와 같은 관계식으로부터 청색, 녹색 및 적색의 광세기 CB, CG, CR를 구하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이미지 센서(100)에 입사하는 녹색 광의 광세기 CG는 다음과 같이 구할 수 있다.
동일한 방식으로, 이미지 센서(100)에 입사하는 청색 광의 광세기 CB 및 적색 광의 광세기 CR를 구하는 것이 가능하다. 따라서, 위와 같은 방식을 통해, 상술한 구조의 이미지 센서(100)에 입사하는 광의 컬러를 정확히 인식할 수 있다.
도 12a 내지 도 12f는 도 1에 도시된 이미지 센서(100)에서 사용할 수 있는 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 다양한 예의 구조들을 개략적으로 보이는 평면도(상단) 및 단면도(하단)이다. 도 12a 내지 도 12f에 도시된 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터는 기판(101) 바로 위에 있는 제 3 광센서층(130)에 배치된 것이지만, 투명 절연층(115) 위에 있는 제 1 및 제 2 광센서층(110,120)에도 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 도 12a 내지 도 12c는 하부 게이트 구조(bottom gate structure)의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터이다. 도 12a의 하단을 참조하면, 기판(101) 위에 게이트 전극(134), 게이트 절연막(135) 및 광민감성을 갖는 투명한 산화물 반도체층(136)이 차례대로 적층되어 있다. 그리고, 상기 산화물 반도체층(136) 위의 양측에 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)이 각각 형성될 수 있다. 또한, 투명 절연층(115)이 이러한 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터를 전체적으로 둘러싸고 있다. 여기서, 드레인 전극(137)은 전원 라인(103)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 소스 전극(138)은 출력 라인(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 게이트 전극(134)은 게이트 신호 라인(102)과 연결될 수 있다. 여기서, 도 12a의 상단을 참조하면, 상기 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)은 일직선 막대의 형태를 가지며, 산화물 반도체층(136)의 양쪽 가장자리에서 서로 나란하게 대향하고 있다.
또한, 도 12b를 참조하면, 전체적인 단면 구조는 도 12a의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터와 동일하지만, 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)의 형태가 상이한 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터가 도시되어 있다. 도 12b의 상 단에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(137)은 산화물 반도체층(136)의 둘레를 따라 완전히 일주하면서 사각형(□) 형태로 형성되어 있으며, 소스 전극(138)은 상기 산화물 반도체층(136) 위에서 드레인 전극(137)의 안쪽으로 형성되어 있다. 즉, 드레인 전극(137)이 소정의 간격을 두고 소스 전극(138)을 전체적으로 둘러싸는 형태이다. 이러한 구조의 경우, 게이트 길이(gate length)가 짧아져서 신호의 지연이 더 작아질 수 있다.
또한, 도 12c를 참조하면, 전체적인 단면 구조는 도 12a의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터와 동일하지만, 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)의 형태가 상이한 또 다른 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터가 도시되어 있다. 도 12c의 상단에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(137)이 산화물 반도체층(136)의 세 변을 따라 사각형에서 한변이 없어진(⊂) 형태로 형성되어 있으며, 소스 전극(138)은 산화물 반도체층(136) 위에서 드레인 전극(137)의 안쪽으로 형성되어 있다. 즉, 드레인 전극(137)이 소정의 간격을 두고 소스 전극(138)의 세 면을 둘러싸는 형태이다. 이러한 구조의 경우, 게이트 길이가 짧아서 신호의 지연이 작으며, 산화물 반도체층(136)에 광이 입사하는 면적이 도 12b의 경우보다 증가한다.
도 12d 내지 도 12f는 상부 게이트 구조(top gate structure)의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터이다. 도 12d의 하단을 참조하면, 기판(101) 위에 광민감성을 갖는 투명한 산화물 반도체층(136)이 형성되어 있으며, 상기 산화물 반도체층(136) 위에 부분적으로 게이트 절연막(135)과 게이트 전극(134)이 연속하여 적층되어 있다. 그리고, 상기 산화물 반도체층(136) 위의 양측에 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)이 각각 형성될 수 있다. 또한, 투명 절연층(115)이 이러한 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터를 전체적으로 둘러싸고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 드레인 전극(137)은 전원 라인(103)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 소스 전극(138)은 출력 라인(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 전극(134)은 게이트 신호 라인(102)과 연결될 수 있다. 여기서, 도 12d의 상단을 참조하면, 상기 드레인 전극(137)과 소스 전극(138)은 일직선 막대의 형태를 가지며, 산화물 반도체층(136)의 양쪽 가장자리에서 서로 나란하게 대향하고 있다.
또한, 도 12e를 참조하면, 전체적인 단면 구조는 도 12a의 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터와 동일하지만, 게이트 전극(134), 드레인 전극(137) 및 소스 전극(138)의 형태가 상이한 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터가 도시되어 있다. 도 12e의 상단에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(137)은 산화물 반도체층(136)의 둘레를 따라 완전히 일주하면서 사각형(□) 형태로 형성되어 있다. 게이트 전극(134)도 역시 드레인 전극(137)의 안쪽을 완전히 일주하면서 사각형(□) 형태로 형성되어 있다. 한편, 소스 전극(138)은 상기 산화물 반도체층(136) 위에서 게이트 전극(134)의 안쪽으로 형성되어 있다. 즉, 드레인 전극(137)이 소정의 간격을 두고 게이트 전극(134)을 전체적으로 둘러싸는 형태이다. 또한, 게이트 전극(134)도 역시 소정의 간격을 두고 소스 전극(138)을 전체적으로 둘러싸는 형태이다. 이러한 구조의 경우, 게이트 길이가 짧아져서 신호의 지연이 더 작아질 수 있다.
또한, 도 12f를 참조하면, 전체적인 단면 구조는 도 12a의 광민감성 투명 산 화물 반도체 트랜지스터와 동일하지만, 게이트 전극(134), 드레인 전극(137) 및 소스 전극(138)의 형태가 상이한 또 다른 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터가 도시되어 있다. 도 12f의 상단에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(137)이 산화물 반도체층(136)의 세 변을 따라 사각형에서 한변이 없어진(⊂) 형태로 형성되어 있다. 또한, 게이트 전극(134)도 역시 상기 드레인 전극(137)의 안쪽을 따라 사각형에서 한변이 없어진(⊂) 형태로 형성되어 있다. 소스 전극(138)은 산화물 반도체층(136) 위에서 게이트 전극(134)의 안쪽으로 형성되어 있다. 즉, 드레인 전극(137)이 소정의 간격을 두고 게이트 전극(134)의 세 면을 둘러싸는 형태이다. 게이트 전극(134)도 역시 소정의 간격을 두고 소스 전극(138)의 세 면을 둘러싸는 형태이다.
한편, 지금까지는 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 이용한 다수의 광센서층들이 하나의 화소 셀 내에 적층된 구조를 설명하였지만, 하나의 광센서층만을 갖는 이미지 센서를 구성하는 것도 역시 가능하다. 도 13은 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 광센서로서 이용한 이미지 센서(100')의 다른 예의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 13을 참조하면, 이미지 센서(100')는 기판(101) 위에 차례로 적층된 광센서층(130'), 절연층(115), 필터층(150') 및 절연층(115)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 13의 이미지 센서(100')의 구조는, 도 1의 이미지 센서(100)에서 제 3 광센서층(130)과 제 2 필터층(150)만을 갖는 구조와 같다. 이러한 이미지 센서(100')는, 예를 들어, 필터층(150')의 선택에 따라 특정 색만을 검출하는 단색 이미지 센서가 될 수 있다. 또는, 상기 이미지 센서(100')는 색에 관계 없이 입사광의 총 세기만을 측정하는 데 사용될 수도 있다. 여기서 광센서층(130')은, 앞서 설명한 광센서층(110,120,130)들의 구조 및 그와 관련된 라인(102,103,104)들의 구조를 그대로 가질 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 구조를 갖는 다수의 이미지 센서 셀들을 단위 화소 내에 2차원 배열하여 컬러를 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 단위 화소(100P) 내에 다수의 이미지 센서 셀(100R,100G,100B)들을 배열할 수도 있다. 도 14의 예를 참조하면, 하나의 단위 화소(100P) 내에 4개의 이미지 센서 셀(100R,100G,100B)들이 배열되어 있다. 예컨대, 한 쪽 대각선 방향으로 두 개의 녹색 이미지 센서 셀(100G)이 배열되며, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 적색 이미지 센서 셀(100R)과 청색 이미지 센서 셀(100B)이 배열될 수 있다. 이 경우, 녹색 이미지 센서 셀(100G) 내의 필터층(150')은 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터이고, 적색 이미지 센서 셀(100R) 내의 필터층(150')은 적색 컬러 필터이며, 청색 이미지 센서 셀(100B) 내의 필터층(150')은 청색 컬러 필터일 수 있다.
지금까지, 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 이용한 이미지 센서의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 이러한 이미지 센서의 실시예들은 디지털 카메라, 캠코더, 휴대폰, 휴대용 전자기기 등에 적용되어 사용이 가능하다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 광센서로서 이용한 이미지 센서의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 동작 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 이미지 센서의 기본적인 개념을 보이는 개략적인 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 이미지 센서의 간단한 회로 구성을 보이는 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 이미지 센서의 화소 배열을 개략적으로 보인다.
도 7은 광센서층들 사이에 흡광 조절층을 배치한 경우의 이미지 센서의 개략적인 단면도이다.
도 8은 광센서층들 사이에 보색 필터층을 배치한 경우의 이미지 센서의 개략적인 단면도이다.
도 9 및 도 10은 보색 필터층의 광 투과율 특성을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11c는 적층된 다수의 광센서층에서 각각의 파장에 따른 광전자 발생률을 예시적으로 보인다.
도 12a 내지 도 12f는 도 1에 도시된 이미지 센서에서 사용할 수 있는 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터의 다양한 구조들을 개략적으로 보이는 평면도 및 단면도이다.
도 13은 광민감성 투명 산화물 반도체 재료를 광센서로서 이용한 이미지 센서의 다른 예를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 이미지 센서의 셀들을 단위 화소 내에 다수 배열하여 컬러를 구현하는 예를 보인다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10......광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터
11......기판 12......게이트 전극
13......게이트 절연막 14......산화물 반도체층
15......드레인 전극 16......소스 전극
100.....이미지 센서 101.....기판
102.....게이트 신호 라인 103.....전원 라인
104.....출력 라인
111,112,113,121,122,123,131,132,133.....컨택
110.....제 1 광센서층 115.....투명 절연층
120.....제 2 광센서층 130.....제 3 광센서층
140,150.....필터층 160.....렌즈 소자
165.....접착층
Claims (28)
- 광센서층으로 광민감성 산화물 반도체층을 형성한 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,적어도 2개의 상기 광센서층이 적층 방향을 따라서 서로 다른 층에 적층되어 있는 구조를 갖는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 이미지 센서의 광입사측으로부터 순서대로 제 1 광센서층, 제 1 필터층, 제 2 광센서층, 제 2 필터층 및 제 3 광센서층이 배치된 층 구조를 갖는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 광센서층과 제 2 광센서층 사이 및 상기 제 2 광센서층과 제 3 광센서층 사이에 각각 투명 절연층이 더 개재되어 있는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 광센서층을 구성하는 광민감성 산화물 반도체층은 조사되는 광량에 따라 전기적 특성이 변화되는 산화물 반도체 트랜지스터에 포함되는 이미지 센서.
- 제 5 항에 있어서,상기 산화물 반도체 트랜지스터는:기판;상기 기판 위에 배치된 게이트 전극;상기 게이트 전극 위에 배치된 게이트 절연막;상기 게이트 절연막 위에 배치된 상기 광민감성 산화물 반도체층; 및상기 산화물 반도체층 위에 각각 배치된 드레인 전극과 소스 전극을 포함하는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 산화물 반도체층은 InZnO 또는 GaInZnO(Gallium Indium Zinc Oxide)로 이루어지는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 게이트 전극, 드레인 전극 및 소스 전극은 ITO 또는 IZO로 이루어지는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 드레인 전극과 소스 전극은 일직선 막대의 형태를 가지며, 상기 산화물 반도체층의 양쪽 가장자리에서 서로 나란하게 대향하고 있는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 둘레를 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있으며, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 드레인 전극의 안쪽으로 형성되어 있는 이미지 센서.
- 제 6 항에 있어서,상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 세 변을 따라 형성되어 있으며, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 상기 드레인 전극의 안쪽으로 형성되어 있는 이미지 센서.
- 제 5 항에 있어서,상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터는:기판;상기 기판 위에 배치된 것으로, 광민감성을 갖는 투명한 산화물 반도체층;상기 산화물 반도체층 위에 부분적으로 배치된 게이트 절연막;상기 게이트 절연막 위에 배치된 게이트 전극; 및상기 산화물 반도체층 위에 각각 배치된 드레인 전극과 소스 전극을 포함하는 이미지 센서.
- 제 12 항에 있어서,상기 드레인 전극과 소스 전극은 일직선 막대의 형태를 가지며, 상기 산화물 반도체층의 양쪽 가장자리에서 서로 나란하게 대향하고 있는 이미지 센서.
- 제 12 항에 있어서,상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 둘레를 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극은 상기 드레인 전극의 안쪽을 따라 완전히 일주하는 형태로 형성되어 있고, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 게이트 전극의 안쪽으로 형성되어 있는 이미지 센서.
- 제 12 항에 있어서,상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 세 변을 따라 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극은 상기 드레인 전극의 안쪽을 따라 형성되어 있고, 상기 소스 전극은 상기 산화물 반도체층 위에서 상기 게이트 전극의 안쪽으로 형성되어 있는 이미지 센서.
- 제 5 항에 있어서,상기 산화물 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극들과 연결되는 게이트 신호 라인, 상기 산화물 반도체 트랜지스터들의 드레인 전극들과 연결되는 전원 라인, 및 상기 산화물 반도체 트랜지스터들의 각각의 대응하는 소스 전극과 각각 연결되는 3개의 출력 라인을 더 포함하는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 광센서층 위에 배치된 렌즈 소자를 더 포함하는 이미지 센서.
- 제 17 항에 있어서,상기 렌즈 소자는 색수차를 이용하여 청색광을 상기 제 1 광센서층에 포커싱하고, 녹색광을 제 2 광센서층에 포커싱하며, 적색광을 제 3 광센서층에 포커싱하도록 구성되는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 필터층은 청색 파장의 광만을 차단하고 나머지 파장의 광을 투과시키며, 제 2 필터층은 녹색 파장의 광만을 차단하고 나머지 파장의 광을 투과시키거나 또는 제 2 필터층은 적색 파장의 광만을 투과시키고 나머지 파장의 광을 차단하는 이미지 센서.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 필터층은 파장에 따라 흡광 계수가 변하는 흡광 물질로 이루어진 흡광 재료층을 사용하는 이미지 센서.
- 제 20 항에 있어서,상기 흡광 물질은 비정질 실리콘, 결정질 실리콘, Ge, GaAs, 및 GaxInyS2P 중에서 어느 하나의 재료인 이미지 센서.
- 제 20 항에 있어서,상기 제 1 필터층의 흡광 재료층이 상기 제 2 필터층의 흡광 재료층보다 얇은 이미지 센서.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 필터층은 청색 파장의 광만 차단하고 녹색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 청색 보색 필터이며, 상기 제 2 필터층은 녹색 파장의 광만 차단하고 청색 및 적색 파장의 광은 투과시키는 녹색 보색 필터이거나 또는 상기 제 2 필터층은 적색 파장의 광만을 투과시키는 적색 필터인 이미지 센서.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 1 필터층으로서 TiOX, SiOX, Fe2O3, 코발트 도핑된 ZnOx(Co-doped ZnOx), 코발트 도핑된 Al2O3(Co-doped Al2O3) 중에서 어느 하나의 재료를 사용하며, 상기 제 2 필터층으로서 TiOX, SiOX, Fe2O3, 코발트 도핑된 ZnOx(Co-doped ZnOx), 코 발트 도핑된 Al2O3(Co-doped Al2O3) 중에서 어느 하나의 재료를 사용하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 이미지 센서는 2차원 배열된 다수의 이미지 센서 셀들을 가지며,각각의 이미지 센서 셀은:기판;상기 기판 위에 배치된 것으로, 상기 광민감성 산화물 반도체층으로 된 광센서를 갖는 광센서층; 및상기 광센서층 위에 배치된 필터층을 구비하는 이미지 센서.
- 제 25 항에 있어서,하나의 단위 화소 내에 다수의 이미지 센서 셀들이 배치되며, 상기 다수의 이미지 센서 셀들은 필터층으로서 각각 상이한 컬러 필터를 갖는 이미지 센서.
- 제 25 항에 있어서,상기 광센서층을 구성하는 광민감성 산화물 반도체층은 조사되는 광량에 따라 전기적 특성이 변화되는 산화물 반도체 트랜지스터에 포함되는 이미지 센서.
- 제 27 항에 있어서,상기 광민감성 투명 산화물 반도체 트랜지스터는:상기 기판 위에 배치된 게이트 전극;상기 게이트 전극 위에 배치된 게이트 절연막;상기 게이트 절연막 위에 배치된 상기 광민감성 산화물 반도체층; 및상기 산화물 반도체층 위에 각각 배치된 드레인 전극과 소스 전극을 포함하는 이미지 센서.
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